Nat. Commun.：基于先进光纤传感技术的商用锂离子电池热失控原位监测

【成果简介】

电池热失控是是锂电池安全应用中的头号难题，带来的危害极大。因此深入理解锂离子电池热失控演变机制，并提出早期预警策略以防止火灾爆炸事故的发生就非常重要。然而，大多数现有的监控传感器在热失控这种极其危险的热失控过程中无法工作，因为其温度通常高达500度以上并伴随着明火、爆炸。

为了解决这个问题，中国科学技术大学孙金华教授和王青松研究员团队与暨南大学郭团教授团队合作开发了一种紧凑型多功能光纤传感器。光纤传感器长度为 25 毫米，直径为100微米，可以在热失控期间插入商用18650电池，从而连续监测电池内部温度和压力效应。研究团队观察到电池热失控与光学响应之间存在稳定且可重复的相关性。传感器的信号显示了两个内部压力峰值，分别对应安全产气和热失控的启动。而进一步分析表明，预测即将发生的热失控的可扩展解决方案是检测电池温度和压力微分曲线的突然转折范围，对应着电池可逆和不可逆反应之间的内部转化。该研究可为快速切断电池热失控链式反应提供预警手段。相关研究成果以“Operando monitoring of thermal runaway in commercial lithium-ion cells via advanced lab-on-fiber technologies”为题，于8月29日在线发表在Nature Communications期刊上。

【数据概览】

图1：嵌入商用18650电池内的光纤传感器的结构和工作原理

图2：光纤光栅-光纤压力传感器特性表征及植入传感器电池性能对比。

图3:光纤传感器嵌入电池并进行热失控测试的所有过程。

图4：在18650电池热失控期间监测电池内部温度和压力。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40995-3